趙萍,姜永晴,肖冰
(陜西重型汽車有限公司,陜西 西安 710200)
懸架是現(xiàn)代汽車上的重要組成部分,它把車架與車輪彈性連接起來,用于傳遞車架和車輪之間所有的力和力矩,緩和由路面不平傳遞給車身的沖擊載荷,保證車輛平順行駛。懸架一般由彈性元件、導向機構和減震器組成。獨立懸架由于能較好地保持車輪與路面的接觸,提高離地間隙、改善通過性,被越來越多的應用于轎車、輕型客車和越野車上。不等長雙橫臂式獨立懸架通過合理的設計擺臂參數(shù)能獲得良好的綜合性能。獨立懸架采用斷開式轉向梯形,為了使懸架與轉向梯形相匹配,主要工作就是確定斷開點位置。對斷開點位置進行合理的優(yōu)化。作者以某全地形越野車不等長雙橫臂式獨立懸架為研究對象,在ADAMS中建立轉向及懸架系統(tǒng)虛擬樣機,研究在該懸架系統(tǒng)下斷開點位置與車輪跳動時前束角變化趨勢,使車輪上下跳動時,由轉向桿系與懸架運動干涉所引起的前束角變化盡可能小。
雙橫臂獨立懸架的簡化模型如下圖1所示,以前懸架一半結構為研究對象,懸架結構由上橫臂EC、下橫臂GD、主銷EG構成,C、D點為銷軸連接(假定銷軸與車輛縱向平行),E、G點為球頭連接,OU為轉向梯形臂、UT為轉向梯形橫拉桿、兩端球頭鉸接連接、T點為斷開點。當車輪上下跳動時,懸架上下擺臂分別繞C、D點轉動,橫拉桿UT同時繞T點轉動,UT同時拉動OU,使車輪繞主銷轉動,產生車輪前束角α?,F(xiàn)在懸架系統(tǒng)建立前提下,建立懸架系統(tǒng)和轉向梯形的平面理論模型,利用平面作圖法,初步確定斷開點T位置坐標。此方法由于忽略了主銷后傾角和上下擺臂擺動軸線空間角度的影響,用此方法確定的斷開點位置具有一定參考性,但無法達到最優(yōu),仍有優(yōu)化空間。結合ADAMS仿真軟件,建立空間仿真樣機,對斷開點位置做進一步仿真優(yōu)化。
圖1 雙橫臂懸架理論簡化模型
以雙橫臂懸架理論簡化模型為基礎,在ADAMS/View中建立懸架及轉向系統(tǒng)的仿真模型,如下圖2所示。將車輪、輪軸、主銷和轉向梯形臂GF以固定副連接,上橫臂與主銷連接點B、下橫臂與主銷連接點C、橫拉桿與轉向梯形臂連接點F、斷開點與搖臂連接點E均為球形副連接,上、下橫臂與車身連接點A、D分別繞地面做旋轉運動,輪胎支撐于試驗平臺上,與平臺之間為點面接觸,在平臺上施加上下運動的移動副,模擬車輪跳動。
圖2 虛擬樣機簡化模型
以某全驅車懸架及轉向系統(tǒng)為研究對象,以平面作圖法初步確定斷開點坐標為(X、Y、Z),當車輪上下跳動時,得到目標函數(shù)與車輪跳動量曲線圖,如下圖3所示,設定向上為正。由圖3目標函數(shù)仿真曲線得出,在車輪上下跳動時,優(yōu)化前的車輪前束角分別為0.14°和0.42°,仍可進行進一步優(yōu)化。
圖3 目標函數(shù)變化曲線
在ADAMS/Insight中進行參數(shù)化優(yōu)化分析,設置斷開點坐標為變量(DV_1、DV_2、DV_3),前束角α為目標函數(shù),優(yōu)化的目標函數(shù)求最小值,考慮斷開點空間位置約束,設置相應約束條件,進行仿真分析。設置斷開點坐標變量變化范圍,考慮到斷開點基礎坐標為平面作圖法得到坐標,設置坐標變量變化范圍為百分比相對偏差±10%,對三個設計變量設置2個水平,共進行9次矩陣模擬試驗。選擇目標函數(shù)的最小值為研究對象,通過不斷調整變量,得到最優(yōu)仿真結果。優(yōu)化后的仿真結果曲線如下圖4所示,由圖4優(yōu)化后的目標函數(shù)仿真曲線得出,當車輪上下跳動時,優(yōu)化后的車輪前束角分別減小為0.09°和0.1°。
圖4 優(yōu)化后目標函數(shù)變化曲線
通過對斷開點坐標進行參數(shù)化設置,優(yōu)化仿真,使車輪上跳時前輪前束角由最大值0.14°減小為0.09°,車輪下跳時前束角最大值由0.41°減小為0.1°。優(yōu)化后的車輪前束角變化值控制在0.1°內,滿足前束角設計要求。
本文在以某全地形車雙橫臂獨立懸架設計完成基礎上,通過匹配設計斷開式轉向梯形,確定斷開點位置坐標。得出了斷開式梯形設計步驟,首先進行梯形設計理論分析,結合平面作圖法初步確定斷開點位置坐標,最后在ADAMS中建立虛擬樣機,優(yōu)化仿真分析。該設計方法具有一定的通用性,能很好的指導獨立懸架轉向梯形斷開點的設計,通過該方法優(yōu)化后能得到較小的理想前束角,從而能減輕輪胎的磨損及提高轉向操縱的穩(wěn)定性。